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公開番号2024123259
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-10
出願番号2024103968,2021512158
出願日2024-06-27,2020-03-31
発明の名称高次モードの弾性表面波を利用するデバイスを製造する方法
出願人国立大学法人東北大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H03H 9/145 20060101AFI20240903BHJP(基本電子回路)
要約【課題】3.8GHz以上の高周波数帯でも、良好な特性を得ることができると共に、十分な機械的強度を保つことができる高次モード弾性表面波デバイスを提供する。
【解決手段】高次モード弾性表面波デバイス(10)は、LiTaO₃結晶又はLiNbO₃結晶から構成された圧電基板(11)と、圧電基板(11)の表面に埋め込まれ、圧電基板(11)の表面から突出するように形成されるすだれ状電極(12)と、を有し、高次モードの弾性表面波を利用している。また、圧電基板(11)に積層する薄膜(13)または基板を有していてもよく、圧電基板(11)の、すだれ状電極(12)が設けられた表面とは反対側の面に接するよう設けられた支持基板(14)および/または多層膜(15)を有していてもよい。高次モード弾性表面波デバイスは、3.8GHz以上の高周波数帯でも、良好な特性を得ることができると共に、十分な機械的強度を保つことができる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
高次モード弾性表面波デバイスであって、
ＬｉＴａＯ
３
結晶又はＬｉＮｂＯ
３
結晶を含む圧電基板と、
前記圧電基板の表面に埋め込まれたすだれ状電極とを含み、
高次モードの弾性表面波を利用する高次モード弾性表面波デバイス。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
前記すだれ状電極は、前記圧電基板の表面と同一面ではないように形成された請求項１に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記圧電基板に接するよう設けられた薄膜又は基板を含む請求項１又は２に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項４】
支持基板及び／又は多層膜をさらに含み、前記支持基板及び／又は前記多層膜は前記圧電基板の前記すだれ状電極が設けられた表面とは反対側の面に設けられた請求項１又は２に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記支持基板は、金属以外の材料を含む請求項４に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記支持基板は、Ｓｉ、水晶、サファイア、ガラス、石英、ゲルマニウム及びアルミナの少なくとも１つを含む請求項５に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記多層膜は、音響インピーダンスが異なる複数の層を積層した音響多層膜を含む請求項４乃至６のいずれか１項に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項８】
前記すだれ状電極のメタライゼーション比は、０．４５以上である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項９】
前記すだれ状電極のメタライゼーション比は、０．６３以上である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
【請求項１０】
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ
３
結晶を含み、前記すだれ状電極は、Ｔｉ，Ａｌ及びＭｇ合金の少なくとも１つを含み、前記圧電基板の表面から、前記弾性表面波の波長／メタライゼーション比が０．０７５～０．３の範囲にある深さまで埋め込まれている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高次モード弾性表面波デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基本モードのオーバートーンとなる高次モードの利用を提供する高次モード弾性表面波（ＳＡＷ；surface acoustic wave）デバイスに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン等で主に使用されている７００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数帯には、８０近くのバンドがあり、非常に混雑している。その対策として、次世代無線通信システムの第５世代移動通信システム（５Ｇ）では、３．６ＧＨｚから４．９ＧＨｚの周波数帯の利用が計画されており、さらに、その次の世代では、６ＧＨｚ以上の周波数帯を使用する計画もなされている。
【０００３】
これらの計画に対し、代表的な弾性波デバイスである弾性表面波デバイスでは、耐電力および製造技術の限界から、すだれ状電極（ＩＤＴ；interdigital transducer）の周期（λ）を小さくすることができず、高周波化に限界がある。図１（ａ）および（ｂ）に、従来のＳＡＷデバイスの一例として、圧電基板にＬｉＴａＯ
３
結晶の４２°回転Ｙ板を用い、Ｘ方向伝搬のすだれ状電極５２をＡｌで形成した構造の平面図および断面図を示す。図１（ｂ）の断面図は、図１（ａ）の平面図における切断線Ｉ－Ｉによる断面を示している。
【０００４】
図１（ｃ）に、すだれ状電極５２の周期が１．２μｍのとき得られたインピーダンスの周波数特性を示す。その共振周波数は約３．２ＧＨｚ、比帯域幅は３．８％、インピーダンス比は６５ｄＢであった。また、１７．２ＧＨｚに高次モードらしき小さなレスポンスが見られるが、使用できるレベルではない。すだれ状電極５２の周期を１μｍまで微細化したとしても、その共振周波数は約３．８ＧＨｚであり、このように、従来のＳＡＷデバイスでは、５Ｇ以降はもちろん、５Ｇに必要とされる周波数帯をカバーすることもできない。
【０００５】
ここで、特許文献１には、メタライゼーション比０．４５以下のＡｌより重いＰｔ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｗなどの電極をオイラー角（０°，８０～１３０°、０°）のＬｉＮｂＯ
３
基板に埋め込んでラブ波の基本モードを励振し、広い帯域幅が得られるようにした弾性表面波デバイスが開示されている。また、非特許文献１には、４２°回転Ｙ板のＬｉＴａＯ
３
基板に０．１波長以下のＣｕ電極を埋め込み、その上にＡｌ電極を形成して、基本モードで励振して高いＱ値が得られるようにした弾性表面波デバイスが開示されている。一方、１．９ＧＨｚの周波数帯を有する弾性波フィルタとして、ＡｌＮやＳｃＡｌＮの圧電薄膜を用いたバルク弾性波デバイス（ＦＢＡＲ；film bulk acoustic resonator）が研究されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０１４／０５４５８０号
【非特許文献】
【０００７】
T. Kimura, M. Kadota, and Y. IDA, “High Q SAW resonator using upper-electrodes on Grooved-electrode in LiTaO3“, Proc. IEEE Microwave Symp. (IMS), p.1740, 2010.
Keiichi Umeda et al., “PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF ScAlN THIN FILMS FOR PIRZO-MEMS DEVICES”, MEMS 2013, Taipei, Taiwan January 20-24, 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、非特許文献１に記載された技術は、電極に使用する金属が重く、メタライゼーション比も小さく、５Ｇ以降で求められる３．６ＧＨｚ以上の高周波数帯では十分な性能が得られなかった。非特許文献２に記載のバルク弾性波デバイスは、圧電薄膜が多結晶薄膜であるため、１．９ＧＨｚで５５ｄＢのインピーダンス比しか得られておらず、超高周波での減衰が大きく、良好な特性を実現するのは難しかった。また、ＦＢＡＲの周波数は、薄膜の音速／（２×薄膜の厚み）で決定され、周波数を高くするためには、薄膜の厚みを極端に薄くしなければならない。現行のＦＢＡＲは、自己支持された圧電薄膜を有するため、それが極端に薄くなる超高周波帯では、機械的強度を保てなかった。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、３．８ＧＨｚ以上の高周波数帯でも、良好な特性を得ることができると共に、十分な機械的強度を保つことができる高次モード弾性表面波デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る高次モード弾性表面波デバイスは、ＬｉＴａＯ
３
結晶又はＬｉＮｂＯ
３
結晶を含む圧電基板と、圧電基板の表面に埋め込まれたすだれ状電極とを含み、高次モードの弾性表面波を利用するものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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